Акустическая калибровка гидравлического клапана

Акустическая калибровка гидравлического клапана

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение, в целом, относится к управляющим клапанам, применяемым в обрабатывающей промышленности, и, в частности, к акустической калибровке гидравлического клапана.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Гидравлические управляющие клапаны, такие как шаровые затворы, как правило, содержат запорный элемент, который можно вращать как в открытое, так и в закрытое положение по отношению к уплотнению клапана, чтобы разрешить или ограничить прохождение потока текучей среды через клапан. Гидравлический управляющий клапан, запорный элемент которого в закрытом положении не установлен надлежащим образом, может иметь утечку технологической текучей среды и в результате иметь неэффективное закрытие клапана.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В данном документе раскрыты способы и устройство для акустической калибровки гидравлического клапана. Типовой способ включает вращение запорного элемента клапана во множестве положений вдоль хода клапана, в результате чего получают сигналы акустической эмиссии, генерируемые текучей средой, проходящей через клапан, с помощью датчика, когда запорный элемент находится в определенных положениях, и идентифицируют, с помощью процессора, нулевое положение запорного элемента на основании сигналов акустической эмиссии.

[0004] Типовое устройство включает вращающийся управляющий клапан, содержащий запорный элемент, датчик для получения сигналов акустической эмиссии, генерируемых текучей средой, проходящей через клапан, и процессор для определения нулевого положения запорного элемента на основании сигналов акустической эмиссии.

[0005] Другое типовое устройство включает средства для получения сигналов акустической эмиссии, генерируемые текучей средой, когда запорный элемент клапана находится во множестве положений вдоль хода клапана, и средства для определения нулевого положения запорного элемента на основании сигналов акустической эмиссии.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0006] ФИГ. 1 иллюстрирует типовое устройство для определения нулевого положения запорного элемента гидравлического управляющего клапана в соответствии с одним или более аспектом настоящего изобретения.

[0007] ФИГ. 2 иллюстрирует блок-схему типового способа, которая может быть применена для реализации описанных в данном документе примеров.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Раскрытые в данном документе способы и устройства относятся к акустической калибровке гидравлических управляющих клапанов. В частности, примеры, описанные в данном документе, могут быть применены для определения оптимального нулевого или центрального положения (например, положение минимальной утечки или положение потока) запорного элемента гидравлического управляющего клапана. В частности, примеры, описанные в данной документе, могут использовать сигналы акустической эмиссии, излучаемые в результате протекания текучей среды через клапан, что позволяет в процессе установить запорный элемент клапана в оптимальном нулевом или центральном положении и, в результате, достичь минимальной или нулевой утечки через клапан в закрытом положении.

[0009] Гидравлические управляющие клапаны обычно содержат внутренний компонент, известный как запорный элемент или запорная часть клапана, которая располагается относительно уплотнения клапана для управления потоком текучей среды через клапан. Во вращающемся клапане запорный элемент может вращаться вокруг оси по траектории, которая может быть названа ходом клапана. Когда запорный элемент находится в полностью закрытом положении по отношению к уплотнению клапана, прохождение текучей среды через клапан, по существу, закрыто. Полностью закрытое положение может соответствовать механическому стопору клапана. Вращение запорного элемента на расстоянии вдоль хода клапана, например на около 90 градусов от полностью закрытого положения, позволяет текучей среде протекать через клапан с минимальным ограничением. В таком положении запорный элемент может соответствовать полностью открытому положению. В то время как запорный элемент вращается вокруг своей оси в разные положения вдоль хода клапана в направлении к или от полностью закрытого положения, при этом разные положения могут находиться в границах между полностью открытым и полностью закрытым положениями, поток текучей среды через клапан ограничивается соответственно.

[0010] В некоторых примерах способов и устройств, описанных в данном документе, когда запорный элемент клапана во время работы вращается в разные положения вдоль хода клапана, датчик может обнаруживать соответствующую акустическую энергию или сигналы эмиссии, генерируемые турбулентным потоком текучей среды в разных положениях. Как описано более подробно ниже, анализ этих сигналов акустической эмиссии позволяет определять оптимальное нулевое или центральное положение запорного элемента, что может быть применено для позиционирования запорного элемента относительно уплотнения клапана для обеспечения минимального или практически нулевого потока или утечки через клапан. Это оптимальное нулевое или центральное положение может соответствовать положению хода клапана, когда тот находиться на расстоянии относительно полностью закрытого положения или положения механического стопора клапана. В одном примере оптимальное нулевое или центральное положение клапана соответствует положению хода, при котором турбулентность текучей среды и, таким образом, энергия, связанная с акустической эмиссией благодаря такой турбулентности, сведены к минимуму.

[0011] В то время как некоторые известные технологии определяют акустические эмиссии с целью определения общего количества утечки через клапаны, такие технологии не применяют для определения оптимального нулевого или центрального положения запорного элемента клапана относительно уплотнения клапана, как описано в данном документе относительно приведенных в документе примеров.

[0012] В соответствии с принципами, раскрытыми в данном документе, датчик может быть расположен рядом с гидравлическим управляющим клапаном. Поскольку запорный элемент вращается в различные положения вдоль хода клапана, датчик обнаруживает сигналы акустической эмиссии, генерируемые турбулентным потоком текучей среды через клапан в разных положениях, включая, например, первое положение и второе положение, отличное от первого положения. Процессор или любое другое соответствующее устройство обработки данных может определить оптимальное нулевое или центральное положение запорного элемента на основании анализа сигналов акустической эмиссии, обнаруженных в первом и втором положениях. Движение запорного элемента в нулевое положение может быть достигнуто посредством, например, привода и цифрового устройства позиционирования клапана.

[0013] Типовые способы и устройства, описанные в данном документе, могут быть реализованы, когда клапан установлен и работает в прикладном процессе, предусматривая тем самым идентификацию и позиционирование запорного элемента в нулевое положение во время работы клапана. Как дополнительный или альтернативный вариант, описанные в данном документе способы и устройство могут быть применены для определения оптимального нулевого или центрального положения клапана при изготовлении самого клапана. В дальнейших примерах примеры, приведенные в данном документе, могут быть частью системы управления предприятия или пакета программного обеспечения управления активами. Другие применения описанных способов и устройства включают, но не ограничиваются этим, обнаружение повреждения уплотнения клапана или запорного элемента и/или предотвращение чрезмерного вращения запорного элемента.

[0014] ФИГ. 1 иллюстрирует вариант устройства 100 для определения оптимального нулевого или центрального положения гидравлического управляющего клапана 102, содержащего запорный элемент 104. Гидравлический управляющий клапан 102 может быть представлен вращающимся управляющим клапаном, например шаровым клапаном, поворотной заслонкой или любым другим типом гидравлического управляющего клапана. Гидравлический управляющий клапан 102 может быть представлен клапаном, регулируемым изменением его положения, клапаном, регулируемым усилием затяжки, или любой другой структурой. Гидравлический управляющий клапан 102 дополнительно содержит уплотнение клапана 106 и датчик 108. Датчик 108 может быть расположен в непосредственной близости к гидравлическому управляющему клапану 102 и в некоторых примерах находится в непосредственной близости или примыкает к уплотнению клапана 106. Датчик 108 может быть представлен, например, пьезокерамическим датчиком. В дальнейших примерах множественные датчики могут быть расположены во множественных местах в непосредственной близости к гидравлическому управляющему клапану 102 и/или уплотнению клапана 106.

[0015] В процессе работы сигналы акустической эмиссии, генерируемые текучей средой, проходящей через гидравлический управляющий клапан 102 во время вращения запорного элемента 104, обнаруживаются датчиком 108 и записываются и анализируются процессором 110. Анализ сигналов акустической эмиссии, выполняемый процессором 110, может включать, например, вычисление среднеквадратичного значения. В некоторых примерах другие энергетические параметры могут быть измерены и/или рассчитаны с помощью датчика 108 и процессора 110, включая, но не ограничиваясь этим, воздушные помехи, ультразвуковые сигналы или всплески амплитуд сигналов, генерируемых шумом, а не прохождением текучей среды, и обнаруживаемых датчиком 108, например, шумом, происходящим от движения самого клапана. Процессор 110 может анализировать сигналы акустической эмиссии, регистрируемые датчиком 108, и связывать сигналы акустической эмиссии с положениями запорного элемента 104 для определения оптимального нулевого или центрального положения запорного элемента 104. После определения оптимального нулевого или центрального положения процессор 110 может обмениваться данными с цифровым устройством позиционирования клапана 112 и приводом 114 для позиционирования запорного элемента 104 в нулевое положение.

[0016] В одном из типовых способов для определения оптимального нулевого или центрального положения гидравлического управляющего клапана 102 запорный элемент 104 может быть повернут во множество положений вдоль хода клапана. В таком примере данные сигнала акустической эмиссии накапливают с помощью датчика 108 для всех положений вдоль хода клапана. Процессор 110 может определять положение запорного элемента клапана, соответствующее минимальному сигналу акустической эмиссии, выявленному датчиком 108 во множестве положений. В некоторых примерах процессор может определять положения, соответствующие минимальным сигналам акустической эмиссии, и выполнять расчет средней точки с применением данных сигнала из соседних положений, для определения нулевого положения. В дальнейших примерах сигналы акустической эмиссии накапливаются непрерывно, в то время как запорный элемент 104 вращается в направлении центрального положения и вращается за пределами центрального положения. В таких примерах процессор 110 определяет положение клапана запорного элемента, соответствующее минимальному сигналу акустической эмиссии, выявленному датчиком 108.

[0017] ФИГ. 2 иллюстрирует образец типовой блок-схемы способа 200, который может быть реализован для определения оптимального нулевого или центрального положения гидравлического управляющего клапана. Типовой способ 200 на ФИГ. 2 может быть выполнен с использованием процессора, контроллера и/или любого другого подходящего устройства обработки данных. Например, типовой способ 200 на ФИГ. 2, может быть реализован с применением закодированных команд (например, считываемых компьютером команд), хранящихся на физическом машиночитаемом носителе, таком как флэш-память, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и/или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). В контексте данного документа термин «физический машиночитаемый носитель» специально определен для включения любого типа считываемого компьютером носителя и исключения распространяющихся сигналов. Как дополнительный или альтернативный вариант, типовой способ 200 на ФИГ. 2 может быть реализован с применением закодированных команд (например, считываемых компьютером команд), хранящихся на энергонезависимом машиночитаемом носителе, таком как флэш-память, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), кэш, или любом другом носителе информации, на котором информация хранится в течение любого срока (например, продленные периоды времени, на постоянной основе, короткие периоды времени, для временной буферизации и/или для кэширования информации). В контексте данного документа термин «энергонезависимый машиночитаемый носитель» специально определен для включения любого типа машиночитаемого носителя и исключения распространяющихся сигналов.

[0018] Кроме того, хотя типовой способ 200 на ФИГ. 2 описан со ссылкой на блок-схему на ФИГ. 2, могут применяться другие способы реализации типового способа 200 на ФИГ. 2. Например, порядок выполнения блоков может быть изменен, и/или некоторые из описанных блоков могут быть изменены, исключены, подразделены или скомбинированы. Как дополнительный вариант, любая или все типовые операции на ФИГ. 2 могут быть выполнены последовательно и/или параллельно, например отдельными потоками обработки, процессорами, устройствами и т.д.

[0019] Типовой способ 200 на ФИГ. 2 может быть применен для определения оптимального нулевого или центрального положения запорного элемента 104 гидравлического управляющего клапана 102. Типовой способ 200 может быть инициирован командой вращения запорного элемента 104 в первое положение (блок 202). В одном из примеров запорный элемент 104 может вращаться в первое положение вдоль хода клапана. Например, в первом положении запорный элемент 104 может располагаться между полностью открытым положением и полностью закрытым положением, и текучая среда может проходить через гидравлический управляющий клапан 104. Затем датчик 108 измеряет сигналы акустической эмиссии, когда запорный элемент 104 находится в этом первом положении (блок 204). Запорный элемент может быть повернут во множество положений вдоль хода клапана; поэтому типовой способ 200 не ограничивается вращением запорного элемента только в одно первое положение. Запорный элемент 104 может быть затем повернут во второе положение (блок 206), и датчик 108 измеряет сигналы акустической эмиссии, в то время как запорный элемент 104 находится в этом втором положении (блок 208). В одном из примеров второе положение может находиться вне оптимального нулевого или центрального положения клапана (например, между полностью закрытым положением и центральным положением). В этом примере запорный элемент 104 был повернут вдоль хода клапана из первого положения, достиг центрального положения и вращался вне центрального положения по отношению к полностью закрытому (например, механически остановленному) положению. В дальнейших примерах второе положение соответствует положению, в котором датчик 108 определяет возросшие вторые сигналы акустической эмиссии по отношению к первым сигналам акустической эмиссии. Запорный элемент 104 может быть повернут во множество положений вдоль хода клапана; поэтому типовой способ 200 не ограничивается вращением запорного элемента 104 только в одно второе положение.

[0020] Сигналы акустической эмиссии, накопленные в первом и втором положениях с помощью датчика 108, анализируются с помощью подходящего устройства обработки данных, такого как процессор 110. Процессор 110 может вычислять, например, среднеквадратичные уровни шума сигналов акустической эмиссии, записанные с помощью датчика 108, и определять оптимальное нулевое или центральное положение запорного элемента 104 на основании анализа данных сигнала акустической эмиссии (блок 210). Например, устройство обработки данных может определять положение запорного элемента клапана, соответствующее минимальному сигналу акустической эмиссии, обнаруживаемому датчиком 108 между первым и вторым положениями, и связывать эти положения с оптимальным нулевым или центральным положением запорного элемента 104.

[0021] В другом примере устройство обработки данных может определять промежуточное положение между первым и вторым положениями, соответствующее возросшим первому и второму сигналам акустической эмиссии, что обнаруживается датчиком 108. Процессор 110 может связывать промежуточное положение с оптимальным центральным или нулевым положением запорного элемента 104. Такое промежуточное положение может быть определено с помощью различных расчетов анализа сигналов. Например, в случае, когда размер второго сигнала акустической эмиссии, обнаруженного датчиком 108, по существу, равен размеру первого сигнала акустической эмиссии, вычисление средней точки может выполняться процессором 110 для определения промежуточного положения между положениями, соответствующими первому и второму сигналам акустической эмиссии. Как альтернативный вариант, в некоторых примерах первый сигнал акустической эмиссии и второй сигнал акустической эмиссии могут соответствовать существенно различным уровням шума, создаваемого проходом текучей среды. В таких примерах, аппроксимация кривой, например полиномиальной кривой, генерируемой данными сигнала акустической эмиссии, определяемого датчиком 108, может быть выполнена процессором 110, для определения оптимального нулевого или центрального положения. Подобная аппроксимация кривой, в которой применяют, например, функцию второго порядка, может связывать измерение сигнала акустической эмиссии с положением запорного элемента 104, для определения оптимального нулевого или центрального положения запорного элемента 104, соответствующего минимальному сигналу акустической эмиссии, обнаруживаемому датчиком 108.

[0022] Как альтернативный вариант, описанный способ может быть реализован вручную каким-либо индивидуумом с применением подходящего портативного устройства для обработки сигналов акустической эмиссии. В том случае, когда нулевое или центральное положение определено, типовой способ 200 может включать перемещение запорного элемента в нулевое положение с помощью, например, цифрового устройства позиционирования клапана 112 и привода 114.

[0023] Хотя вышеприведенное подробное описание ссылается на различные конкретные примеры, следует понимать, что модификации и изменения в структуре и расположении типовых вариантов, не сформулированных конкретно в данном документе, могут быть достигнуты специалистами в данной области техники и что такие модификации и изменения должны быть рассмотрены в рамках общего объема данного описания.

1. Способ акустической калибровки гидравлического клапана, включающий:

вращение запорного элемента клапана во множество положений вдоль хода клапана;

получение сигналов акустической эмиссии, генерируемых прохождением текучей среды через клапан, с помощью датчика, когда запорный элемент находится в этих положениях;

нахождение минимального сигнала акустической эмиссии из полученных сигналов акустической эмиссии и

определение с помощью процессора нулевого положения запорного элемента на основании минимального сигнала акустической эмиссии.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение нулевого положения включает связывание минимального сигнала акустической эмиссии с нулевым положением запорного элемента.

3. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что множество положений включает первое положение, в котором запорный элемент находится между полностью открытым положением и полностью закрытым положением клапана, и второе положение, в котором запорный элемент находится вне нулевого положения.

4. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что определение нулевого положения включает нахождение минимального сигнала акустической эмиссии между первым и вторым положениями и связывание минимального сигнала акустической эмиссии с нулевым положением запорного элемента.

5. Устройство акустической калибровки гидравлического клапана, содержащее:

вращающийся управляющий клапан, содержащий запорный элемент;

датчик для получения сигналов акустической эмиссии, генерируемых текучей средой, проходящей через клапан; и

процессор для нахождения минимального сигнала акустической эмиссии из полученных сигналов акустической эмиссии и определения нулевого положения запорного элемента на основании минимального сигнала акустической эмиссии.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что датчик расположен в непосредственной близости к уплотнению клапана.

7. Устройство по любому из пп. 5 или 6, отличающееся тем, что датчик является пьезокерамическим датчиком.

8. Устройство по любому из пп. 5 или 6, отличающееся тем, что запорный элемент вращается в первое положение и второе положение.

9. Устройство по любому из пп. 5 или 6, отличающееся тем, что датчик получает первые сигналы акустической эмиссии, когда запорный элемент вращается в первое положение, и вторые сигналы акустической эмиссии, когда запорный элемент вращается во второе положение.

10. Устройство по любому из пп. 5 или 6, отличающееся тем, что процессор определяет нулевое положение запорного элемента на основании первого и второго сигналов акустической эмиссии, полученных в первом положении и втором положении.

11. Устройство по любому из пп. 5 или 6, отличающееся тем, что минимальный сигнал акустической эмиссии связывают с нулевым положением запорного элемента.

12. Устройство по любому из пп. 5 или 6, дополнительно содержащее цифровое устройство позиционирования для перемещения запорного элемента в нулевое положение.

13. Устройство по любому из пп. 5 или 6, отличающееся тем, что вращающийся управляющий клапан является регулируемым изменением его положения или регулируемым усилием затяжки.

14. Устройство по любому из пп. 5 или 6, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью определения нулевого положения путем получения среднеквадратичного значения сигналов акустической эмиссии.

15. Устройство по любому из пп. 5 или 6, отличающееся тем, что сигналы акустической эмиссии включают ультразвуковые сигналы.

16. Устройство по любому из пп. 5 или 6, отличающееся тем, что сигналы акустической эмиссии включают воздушные шумы.

17. Устройство акустической калибровки гидравлического клапана, содержащее:

средства для получения сигналов акустической эмиссии, генерируемых текучей средой, когда запорный элемент клапана находится во множестве положений вдоль хода клапана; и

средства для нахождения минимального сигнала акустической эмиссии из полученных сигналов акустической эмиссии и определения нулевого положения запорного элемента на основании минимального сигнала акустической эмиссии.

18. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что средством для получения сигналов акустической эмиссии является пьезокерамический датчик.

19. Устройство по любому из пп. 17 или 18, отличающееся тем, что средством для определения нулевого положения является процессор.

20. Устройство по любому из пп. 17 или 18, дополнительно содержащее средства для перемещения запорного элемента в нулевое положение.